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泡沫形成的原理是什么?陰離子表面活性劑為何可以作為起泡劑?

來源: Homelander Defoamer 瀏覽 1096 次 發布時間:2024-07-02

泡沫是什么?


泡沫是由穩定氣泡發展而成分散在液體或者固體的分散體系,是熱力學不穩定的體系,因此會自動破壞。泡沫發生自動破壞的原因主要有液膜的排液、膜的破裂以及氣體的擴散。


如何才能由氣泡發展為泡沫?


純液體是很難發展為泡沫的,因為純液體表面自由能很高,需要在液體中注入大量能量,比如持續大流量的往液體中鼓入氣體。即使這樣,泡沫也很難穩定存在,純液體產生的氣泡膜里的水受重力影響,排液速度極快,在極短的時間內就能使得泡沫膜的厚度降到10nm~40nm,這個厚度已經不能維持泡沫的穩定,隨即泡沫破裂,氣體擴散。


如果一個氣泡都不能穩定存在,那么發展為泡沫就無從談起。


現在往水中再加入第三種物質—表面活性劑,就可以降低體系的表面自由能,所以注入很少的能量就能發展為穩定的泡沫。


由于陰離子起泡能力最強,所以我們以陰離子表面活性劑作為體系中的起泡劑,看看陰離子表活發生了什么作用。

1、降低體系的表面張力


液體的表面張力是影響泡沫穩定性的因素之一。純水的表面張力大(72mN/m),因此較難形成穩定的泡沫。肥皂水表面張力較低(38mN/m),就很容易形成泡沫,即生成泡沫時,外部對其作功相對地較少。比如,我們利用鼓泡法使得純水與肥皂水溶液到達同樣高的泡沫高度,純水所注入的氣體和能量要比肥皂水大得多。


表面張力的降低可以較為容易產生泡沫,但不能保證泡沫有較高的穩定性。丁醇水溶液表面張力比純水低得多,很容易產生泡沫,但是泡沫穩定性、持久性很差,很快就會破裂。


2、液膜雙電子層


既然表面張力的降低較為容易產生泡沫,但是穩定性從何而來。以陰離子表面活性劑為例。電離后的起泡表活親水端與水親和力較強,疏水端指向空氣或者氣泡一端。所以,起泡表活會在水面與空氣的交界處形成一個富集區,這塊區域的表活濃度最高,形成一個以親水頭部在下,疏水尾部朝上的膜。溶解在水中的濃度較低。此時,為單電子層。當產生氣泡后,氣泡膜內外部會產生雙電子層,帶電離子同性相斥,保持住氣泡膜的厚度,阻止氣泡膜的排液,使得泡沫穩定。


3、表面黏度


前面已經提過,起泡表活會在氣液界面形成一個富集區,在液面的濃度較高,會使得在一個較為窄的液面層形成一個高粘度區域。決定泡沫穩定性的關鍵是氣泡膜的強度,其強度與氣泡膜表面所吸附的表活濃度有關。大量的起泡表活被吸附在泡沫膜上會提高膜的黏度,高粘度阻礙了排液的進行,從而使得泡沫穩定。


4、液體黏度


高粘度液體產生的泡沫,其泡沫膜的表面黏度也較高,黏度高使得液體流動較慢,減慢了液膜的排液,泡沫穩定性提高。在造紙過程中,由于樹木中含有纖維素、溶膠等,增加了體系的黏度,勢必會產生穩定泡沫。


綜上,泡沫膜上較高濃度的表活使得黏度增大是泡沫穩定的關鍵。


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